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专利号: 2021103145464
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种煤层瓦斯含量的井下直接测定方法,其特征在于,将瓦斯含量分为钻进损失量、取样损失量、井下解吸量、粉碎解吸量四部分,具体测定步骤如下:①钻进阶段:从井下煤壁钻进到待取样点位置,同时记录钻进时间t1和钻进期间孔口流量Q,利用钻进时间t1和孔口流量Q之间的规律反算钻进阶段损失量V1;

②取样阶段:利用钻杆将从待取样点钻下的煤样排至钻孔处,在孔口接取一定质量煤样并筛分至指定目数,随后立即称重,并装入密封罐,同时记录取样时间t2和煤样质量m;

③井下解吸阶段:设定井下解吸时长为t3,并使用瓦斯解吸仪测定煤样在这段时间内的解吸量,期间连续记录不同解吸时刻t及对应的瓦斯解吸量V,最后测得井下解吸量为V3,利用瓦斯解吸量V与不同解吸时刻t之间的动态关系,结合取样时间t2反算得到取样阶段瓦斯损失量V2;

④粉碎解吸阶段:在密闭状态下破碎密封罐中的煤样至指定目数,使用瓦斯解吸仪连续测定解吸量至某一设定时间,同时记录粉碎解吸量V4;

⑤记录测量地点的大气压力、环境温度,校正每个阶段的瓦斯量至标准状况下的体积;

⑥计算煤层瓦斯含量。

2.根据权利要求1所述的一种煤层瓦斯含量的井下直接测定方法,其特征在于,步骤①中计算钻进阶段损失量V1是依据钻进期间孔口流量Q和钻进时间t1之间的变化规律反算,其模型为:

式中:R1为钻孔半径;

λ为煤层透气性系数;

P为煤层瓦斯压力;

χ为瓦斯含量系数;

r为钻孔松动圈到钻孔中心的距离;

H为煤层厚度;

D为瓦斯扩散系数;

r0为煤粒半径。

3.根据权利要求1或2所述的一种煤层瓦斯含量的井下直接测定方法,其特征在于,步骤③中取样阶段瓦斯损失量V2是依据分数阶反常扩散模型进行计算,该模型为:式中:V为井下不同解吸时刻t对应的瓦斯解吸量;

V2为在取样时间t2内的瓦斯损失量;

A为模型参数;

Df为分数阶扩散系数;

α、β为分数阶参数。

4.根据权利要求1或2所述的一种煤层瓦斯含量的井下直接测定方法,其特征在于,步骤⑤中所述校正每个阶段的瓦斯量至标准状况下的体积,计算公式如下:式中:Vi′为校正后各阶段瓦斯量;

Vi为未校正前各阶段瓦斯量;

P1为井下取样地点的大气压力;

P0为标准大气压力;

T井下取样地点的环境温度。

5.根据权利要求3所述的一种煤层瓦斯含量的井下直接测定方法,其特征在于,步骤⑥中所述煤层瓦斯含量按下式计算:式中:W为煤层瓦斯含量;

V1′为校正后的钻进阶段瓦斯损失量;

V2′为校正后的取样阶段瓦斯损失量;

V3′为校正后的井下解吸量;

V4′为校正后的粉碎解吸量;

m为煤样质量。

6.根据权利要求5所述的一种煤层瓦斯含量的井下直接测定方法,其特征在于,步骤④中所述的粉碎至指定目数为不小于80目。

7.根据权利要求5所述的一种煤层瓦斯含量的井下直接测定方法,其特征在于,步骤②中所述的筛分至指定目数为20‑40目。

8.根据权利要求5所述的一种煤层瓦斯含量的井下直接测定方法,其特征在于,反演模型所需的井下解吸时间t3为5‑20min;步骤②中所述的取样时间t2为0‑30min。

9.根据权利要求5所述的一种煤层瓦斯含量的井下直接测定方法,其特征在于,步骤②中所述的煤样质量m为200‑1000g。